第25课学习探究新工具 第2课时教学设计2025-2026学年人教版 初中信息科技八年级全一册

该初中信息科技教学设计聚焦热水降温规律系统的设计与实现，核心涵盖温度传感器等硬件连接、数据采集与上传代码编写及系统测试。导入通过回顾上节课物联网系统组成，结合物理对照实验需求，搭建“需求拆解—硬件搭建—代码编写—测试优化”的学习支架，明确从需求到系统落地的任务。 特色以“实践创新”“工程思维”为核心，采用分模块攻坚法，借助彩色接线示意图、代码模板突破重难点，结合物理对照实验开展传感器校准与数据同步采集。培养安全操作习惯与跨学科能力，提升学生实操与问题解决能力，为教师提供清晰教学流程与可落地策略。

第25课《学习探究新工具》教学设计 第2课时：科学探究的“智能助手”——热水降温规律系统的设计与实现 一、课时基本信息 学科：信息科技 年级：八年级 课时主题：科学探究的“智能助手”——热水降温规律系统的设计与实现 课时时长：45分钟 对应教材内容：第五单元第25课25.2探究热水降温规律系统实践 新课标核心素养对接：聚焦“实践创新”与“工程思维”，以热水降温规律系统实践为载体，掌握温度传感器数据采集、网络传输、数据可视化的硬件连接与代码编写方法，完成系统功能测试，培养“需求分析—方案设计—实践调试”的工程思维和用科技工具支撑科学探究的创新意识。 二、课时教学目标 （一）核心素养目标 实践创新：能根据热水降温规律探究的需求，独立完成温度传感器、显示屏、主控板的连接，能编写“数据采集—实时显示—上传分析”的核心代码，实现系统基本功能；能提出系统优化建议。 工程思维：能识别系统实践中的常见问题（接线错误、传感器数据偏差、代码逻辑漏洞），能通过“硬件检查—代码调试—参数校准”流程排查解决问题；培养“分模块实现、逐步整合”的工程习惯。 信息社会责任：在硬件操作中养成“断电接线、规范操作”的安全习惯；在小组协作中明确分工、高效配合，体会“技术提升科学探究效率”的实际价值，增强用科技服务学习的责任意识。 （二）知识与技能目标 1. 掌握系统核心硬件知识：识别温度传感器（采集水温数据）、显示屏（实时显示数据）、主控板（控制设备协同）、网络模块（数据上传）的功能；掌握各硬件与主控板的连接方法（温度传感器接模拟引脚、显示屏接I2C引脚）。 2. 掌握核心代码编写：能编写温度传感器数据采集代码、显示屏数据显示代码、MQTT数据上传代码，能调试“数据读取错误”“显示乱码”“上传失败”等简单问题。 3. 掌握系统实现步骤：需求分析→硬件搭建→代码编写→模块测试→系统整合，实现“多组数据采集—实时显示—上传分析—结论总结”的完整流程。 （三）过程与方法目标 1. 通过“需求拆解—硬件搭建—代码编写—测试优化”的任务驱动流程，掌握物联网实验系统的实践方法，提升实操与问题解决能力。 2. 通过“小组分工—模块攻坚—成果展示”的合作模式，提升团队协作与实验复盘能力，强化跨学科（信息科技与物理）融合思维。 （四）情感态度与价值观目标 1. 感受从“实验需求”到“系统落地”的完整过程，体会“技术支撑科学探究”的价值，增强科技工具实践的成就感和创新热情。 2. 培养“严谨细致”的实验习惯，在硬件连接、代码编写和数据校准中注重细节，理解“精准数据对实验结论的重要性”，提升科学素养。 三、课时教学重难点 类别 内容 突破策略 教学重点 1.温度传感器、显示屏与主控板的正确连接；2.水温数据采集、显示与上传的核心代码编写；3.多组对照实验的数据同步采集与系统测试。 1.提供“彩色接线示意图”（标注引脚定义和正负极）；2.给出“代码模板”（标注需修改的参数和实验条件）；3.设计“模块测试清单”，分步验证采集、显示、上传功能。 教学难点 1.多组温度传感器的数据同步采集与校准（减少组间误差）；2.系统调试中的问题定位（如数据偏差是硬件还是代码问题）。 1.提供“传感器校准步骤”，用标准温度计对比校准；2.制作“问题排查流程图”（先硬件接线→再传感器校准→最后代码调试）；3.培训“硬件/代码小师傅”协助排查。 四、课时教学准备 素材准备：接线示意图、代码模板、模块测试清单、问题排查流程图、传感器校准记录表、热水降温规律系统功能需求表、系统实现步骤卡、多组实验对照条件表（材质、是否加盖）。 工具准备：多媒体课件、白板、每组一套硬件（主控板、4个温度传感器、显示屏、网络模块、杜邦线、电源）、编程软件（如Mind+）、实物投影、绝缘胶带、小组分工表（接线员、程序员、测试员、记录员）、实验器材（玻璃杯2个、不锈钢杯2个、盖子2个、热水壶、标准温度计）。 前置任务：1.回顾第1课时学习场景物联网系统组成，明确热水降温探究系统需要的硬件；2.观看“温度传感器使用”“MQTT数据上传”教学视频，记录核心操作要点；3.复习物理学科中“热水降温影响因素”的相关知识。 教师准备：提前调试所有硬件，确保传感器数据精准；制作“接线+代码”演示视频；准备备用硬件（如备用温度传感器、杜邦线）；培训4名“小师傅”（2名硬件、2名代码）；划分“调试区”和“实验展示区”；提前搭建物联网数据展示平台。 五、课时教学过程 （一）回顾导入：如何给科学实验“装一套智能系统”？（5分钟） 教学活动：教师回顾旧知：“上节课我们了解了物联网在学习中的应用，知道传感器能辅助科学实验数据采集。在物理实验中，热水降温规律探究需要频繁记录数据，传统方法既繁琐又易出错。今天我们要把想法变成现实——完成热水降温规律探究系统的设计与实现，解决两个核心问题：一是‘采得准’多组对照实验的水温数据，二是‘传得快’实时上传分析数据。”展示系统目标：“1.用4个温度传感器同步采集不同条件下的水温；2.显示屏实时显示各组数据；3.数据上传至平台生成降温曲线。” 设计意图：衔接上节课的认知内容，结合物理学科实验需求，明确本节课的实操核心任务，用“采得准”“传得快”的通俗表述降低任务难度感知，激发学生动手动力。 （二）核心探究一：需求拆解与硬件搭建——系统“搭骨架”（10分钟） 环节1：需求拆解——系统要“做什么”？（3分钟）：教师发放“热水降温规律系统功能需求表”，结合物理实验对照原则，引导小组讨论：“要探究‘材质（玻璃/不锈钢）’和‘是否加盖’对降温的影响，需要设置4组对照实验，系统需要包含哪些功能模块？每个模块需要什么硬件？”学生填写后分享：“数据采集模块（4个温度传感器）、数据显示模块（显示屏）、数据传输模块（网络模块）、控制模块（主控板）”，教师确认并板书模块清单。 环节2：硬件认知——每个“零件”的作用（2分钟）：教师展示各组硬件套件，逐一介绍：“温度传感器：插入不同水杯，实时采集水温数据；显示屏：同步显示4组水温，方便实时观察；网络模块：将数据上传到平台；主控板：系统‘大脑’，控制所有设备协同工作，每10秒采集一次数据。”学生快速匹配“硬件—模块”，教师提问：“为什么需要4个温度传感器？”（对应4组对照实验，确保数据同步性），强化跨学科实验逻辑。 环节3：安全接线——搭好“骨架”（5分钟）：教师强调安全准则：“接线前必须断电！接完先让小师傅检查！”用实物投影结合接线示意图演示核心接线：①温度传感器（4个）：VCC接3.3V、GND接GND、信号引脚分别接A0-A3；②显示屏：SDA接SDA引脚、SCL接SCL引脚、VCC接5V、GND接GND；③网络模块：按说明书接对应引脚；④主控板供电：连接电源。学生分组接线，按“接线员操作→硬件小师傅检查→教师复检”流程进行，重点检查传感器正负极和信号引脚对应是否正确。通电测试：复检通过的小组运行“简易代码”（启动显示屏，测试单传感器数据读取），观察显示屏是否亮、传感器是否能读取室温数据。 设计意图：结合物理对照实验需求拆解模块，先认知硬件功能，再规范接线搭建基础，“三级检查”保障硬件安全与正确性，为后续代码编写排除硬件隐患。 （三）核心探究二：代码编写——系统“注灵魂”（15分钟） 环节1：模块攻坚——多组数据采集代码编写（5分钟）：教师聚焦第一个核心问题“采得准”，打开编程软件演示温度传感器采集代码：“首先导入温度传感器和显示屏模块库，初始化4个传感器（对应A0-A3引脚），设置采集间隔为10秒，循环读取各组数据并存储。”发放代码模板，标注关键代码块： fromeducoreimportds18b20,oled,time #初始化4个温度传感器（对应引脚A0-A3）和显示屏 temp1=ds18b20(0)#玻璃杯（无盖） temp2=ds18b20(1)#玻璃杯（有盖） temp3=ds18b20(2)#不锈钢杯（无盖） temp4=ds18b20(3)#不锈钢杯（有盖） oled.print("等待采集数据...") #循环采集数据（间隔10秒） whileTrue: t1=temp1.read() t2=temp2.read() t3=temp3.read() t4=temp4.read() time.sleep(10) 教师讲解：“这段代码的核心是给每个传感器分配独立引脚，通过循环读取实现同步采集，10秒间隔符合实验数据精度要求。”学生分组编写并测试：用手握住传感器，观察数据是否变化，“代码小师傅”协助解决“数据无反应”“读数异常”等问题。 环节2：模块攻坚——数据显示与上传代码编写（7分钟）：教师聚焦第二个核心问题“传得快”，演示数据显示与上传代码：“读取数据后，在显示屏分4行显示各组数据，标注实验条件；同时通过MQTT协议将数据上传到平台，格式为‘时间,玻璃杯无盖,玻璃杯有盖,不锈钢杯无盖,不锈钢杯有盖’。”发放代码模板，标注关键代码块： fromeducoreimportmqttclient #数据显示 oled.clear() oled.print("1.玻璃杯无盖:"+str(t1)+"℃") oled.print("2.玻璃杯有盖:"+str(t2)+"℃") oled.print("3.不锈钢无盖:"+str(t3)+"℃") oled.print("4.不锈钢有盖:"+str(t4)+"℃") #数据上传（连接平台后发送） mqttclient.connect("服务器地址","用户名","密码") mqttclient.publish(topic="hot_water_cooling", content=str(time.time())+","+str(t1)+","+str(t2)+","+str(t3)+","+str(t4)) 教师重点讲解：“显示屏要标注实验条件，避免数据混淆；上传数据时要包含时间戳，方便平台绘制降温曲线。”学生分组编写代码，测试“采集数据→屏幕显示→平台接收”的流程，教师通过实物投影展示平台数据接收情况，确认上传成功。 环节3：模块整合——系统联动运行（3分钟）：教师引导：“现在我们能采集、显示、上传单组数据，如何实现‘循环采集—实时更新—持续上传’的完整流程？”演示代码整合：在数据上传后添加循环控制条件“当水温低于40℃时停止采集”，完整代码如下（简化版）： whileTrue: t1=temp1.read() #读取其他三组数据... #显示数据... #上传数据... ift1<40andt2<40andt3<40andt4<40: oled.print("实验结束") break time.sleep(10) 学生分组整合代码，测试循环采集功能，小师傅巡回协助调试。 设计意图：采用“分模块攻坚”的策略，先解决数据采集、显示、上传的单一功能，再整合为完整循环流程，降低代码编写难度；结合实验需求标注代码关键参数，确保学生聚焦核心逻辑理解。 （四）核心探究三：系统测试与实验探究——让系统“显成效”（13分钟） 环节1：传感器校准——确保“数据精准”（5分钟）：教师发放“传感器校准记录表”，提出：“实验数据的精准性是结论可靠的关键，需要用标准温度计校准传感器。”指导学生操作：①在同一烧杯中倒入温水，将4个传感器和标准温度计同时放入；②读取各组传感器数据和标准温度，计算误差；③在代码中添加误差修正值（如传感器1读数比标准低0.5℃，则代码中t1=temp1.read()+0.5）。学生分组校准，填写记录表，教师抽查校准结果。 环节2：对照实验——系统实战应用（5分钟）：各小组移至“实验展示区”，按以下步骤开展实验：①准备4组实验器材：玻璃杯（无盖）、玻璃杯（有盖）、不锈钢杯（无盖）、不锈钢杯（有盖），倒入等量同温热水；②将校准后的传感器分别插入4组杯子，启动系统；③观察显示屏数据变化，查看平台降温曲线生成情况，记录关键节点数据（如初始温度、10秒后、20秒后...）。教师巡回指导，强调实验安全（防烫伤）和数据记录规范。 环节3：数据分析——得出实验结论（3分钟）：教师引导学生结合平台生成的降温曲线，小组讨论：“1.相同材质下，有盖和无盖的降温速度有何差异？2.相同加盖状态下，玻璃和不锈钢的降温速度有何差异？3.哪种条件下保温效果最好？”各小组分享结论，教师小结：“有盖状态下保温效果优于无盖，玻璃材质保温效果优于不锈钢，这与材质导热性和热量散失原理一致，系统采集的数据准确支撑了实验结论。” 设计意图：校准环节强化实验严谨性，实战实验实现“技术+学科”融合，数据分析环节让学生感受系统的实用价值，完整落实“实践—探究—结论”的科学流程。 （五）核心探究四：系统优化与拓展——让工具“更智能”（2分钟） 教学活动：教师提出优化问题：“这个系统还能如何改进，让它更适合科学探究？”学生分组讨论后分享：“1.增加报警功能，水温低于预设值时提醒；2.自动导出实验报告；3.支持多组实验数据对比。”教师展示前沿案例：“科研中，物联网实验系统还能实现远程控制、多实验室数据共享，为跨区域探究提供支持。”鼓励学生课后尝试实现1项优化功能。 设计意图：优化环节引导学生主动思考技术迭代，前沿案例拓展视野，激发持续探究的兴趣，强化“技术服务科学探究”的认知。 （六）课堂小结+作业布置（2分钟） 小结：系统实现“四步法”：师生共同梳理：“1.需求拆解（结合对照实验明确模块）；2.硬件搭建（安全接线，三级检查）；3.代码编写（分模块攻坚：采集→显示→上传）；4.测试优化（校准数据，实战实验）”，强调：“物联网实验系统的核心是‘精准采集数据，高效支撑探究’。” 分层作业： 基础作业：1.绘制本组“热水降温规律系统结构图”，标注硬件连接和数据流向；2.整理“实验报告”，包含实验目的、系统设计、数据记录、结论分析。拓展作业：1.为系统增加“水温低于40℃报警”功能，设计核心代码思路；2.思考“物联网技术还能用于哪些物理或化学实验”，设计简要方案（如植物光合作用监测、化学反应温度追踪）。实践作业：小组合作完成“物联网实验系统使用说明书”，包含硬件清单、接线图、操作步骤、常见问题解决方法，模拟提供给其他班级使用。 设计意图：基础作业巩固实践流程和实验规范，拓展作业提升创新能力和跨学科思维，实践作业将技术成果转化为实用工具，深化“科技服务学习”的认知。 六、课时板书设计 第2课时：科学探究的“智能助手”——热水降温规律系统的设计与实现 一、核心任务：采得准（多组数据）→传得快（实时上传） 二、系统模块与硬件 1.数据采集：4个温度传感器（对应4组对照实验） 2.数据显示：显示屏（标注实验条件） 3.数据传输：网络模块（上传至平台） 4.控制核心：主控板（循环采集，10秒间隔） 三、实现四步法 1.需求拆解：对照实验→4组模块 2.硬件搭建：安全接线（三级检查） 3.代码编写：分模块攻坚（采集→显示→上传） 4.测试优化：校准数据→实战实验→分析结论 四、核心逻辑：采集数据→校准修正→显示上传→支撑结论 学科网（北京）股份有限公司 $